美國化學教科書的配圖研究

摘要：本文以美國高中化學教科書《化學：概念和應用》(Chemistry：Concepts and Applications)為研究對象，運用統計方法分析該教科書配圖的形式、內容及其功能特點，并在比較我國和美國化學教科書配圖差異的基礎上，提出我國化學教科書配圖編排的若干建議。

關鍵詞：美國；化學教科書；配圖；比較

文章編號：1005-6629(2008)12-0048-04

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

教科書作為一種重要的教學資源，在教育中發揮著其他資源無法替代的作用。教科書配圖是教科書的重要組成部分。配圖的編制水平直接影響教科書質量，影響學生對化學知識理解。

化學是研究物質的組成、結構、性質和變化的科學，其研究對象既有宏觀物質性質，又有微觀粒子結構：既有靜態物質組成，又有動態化學變化。物質的微觀結構和化學變化的過程，僅用文本符號難以描述結構的空間關系和反應的動態過程，而配圖恰好是表達空間和動態關系的有效工具。可以說，配圖彌補了化學教科書文本表達的缺失，充實化學知識的表達途徑，是化學教科書不可或缺的組成部分。

Chemistry：Concepts and Applications是美國最大教育圖書出版集團McGraw-Hill的Glencoe公司出版發行的高中化學教科書，2005年版本已是其第三次再版。本文采用統計方法分析美國教科書的配圖特點，在此基礎上提出我國化學教科書配圖編排的一些建議。希望能為我國教科書的完善提供一些參考建議。

1 美版化學教科書的配圖特點

配圖指的是教科書中除文本之外的圖片和表格。按照不同標準，教科書配圖可以分成不同類別。從形式上分，教科書配圖可以分成照片和繪制圖，繪制圖包括寫實圖、示意圖、表格、坐標圖、直方圖、餅圖等；從內容上分，配圖可以有概念原理、實驗探究、日常生活、化學應用、自然景觀以及化學史等內容；從功能上分，配圖可以分成裝飾性圖像、表征性圖像、組織性圖像和理解性圖像四個類別。本文試圖就配圖的形式、內容和功能三個方面予以分類，分析各類配圖特點，揭示其背后深層蘊含。

1.1 配圖數量和形式特點

按照數量統計，美國化學教科書有21章內容，正文配圖1152幅，加上目錄和附錄的116幅共1268幅。筆者從配圖形式維度，將配圖分成照片、模型圖、示意圖、坐標圖、表格、卡通圖、餅圖、直方圖、人物素描圖9種形式，其中，模型圖是指微觀粒子的結構和運動圖。在正文的1152幅配圖中，按照不同形式的配圖數量以及所占百分數從大到小排列分別為(如圖1)：照片為726幅，占63.03％；模型圖231幅，占20.08％；示意圖80幅，占6.93％；表格60個，占5.18％；坐標圖19幅，占1.67％；卡通圖13幅，占1.12％；餅圖9幅，占0.79％；素描8幅，占0.71％；直方圖6幅，占0.55％。

分析以上統計數據，美國高中化學教科書配圖的數量和形式特色主要有：

1.1.1 配圖形式和內容豐富

美國化學教科書共1268幅配圖，每章平均近60幅，每頁平均1.61幅。總數和平均數都遠遠多于我國化學教科書配圖數量。在如此眾多的配圖中，其形式也是豐富多樣，有數據類配圖，如表格、坐標圖、直方圖、餅圖等，為化學概念和原理提供了詳實的數據支持，還有非數據類配圖，如模型圖和照片。配圖內容更是豐富多彩。就拿數量最多的照片來說，照片內容涉獵廣泛，有與化學聯系緊密的日常生活照片，讓學生直接感受化學與生活的聯系，如切開后表面變褐色的蘋果、冰袋等圖片：也有生活中難以見到的自然景物照片，如火山口附近的硫磺、冰雪中發芽的臭崧圖片；還有實驗探究照片，尤其是一些有毒、易爆的危險實驗現象照片，可以讓學生在不方便做實驗時，也有實驗的直觀感受。除此之外，許多有關最新科技的應用照片，如法醫檢驗中的血液熒光測試照片，既拓展了學生視野，又增加了學習興趣。配圖豐富的形式和內容增添了教科書趣味性和可讀性。

1.1.2 模型圖應用廣泛

科學模型是再現原型本質特征的物質形式或思維形式，模型圖是科學模型的一種表現形式。化學研究的對象是物質的組成、結構、性質和變化。美國化學教科書的模型圖不僅數量多，占總數的20.08％，而且在各個領域都有廣泛應用。模型圖中最多的是物質結構模型圖，重要的有機物和無機物都有其相應比例模型圖和球棍模型，例如書中甲烷分子的結構模型就有三個，比例模型圖、球棍模型圖和氣球模型圖，比例圖展示了原子間的大小關系、球棍模型表明了甲烷的空間構型，而氣球模型是甲烷空間構型的最好解釋；也有表示物質變化的微觀模型圖，如氯化鈉在水中溶解過程的模型、化學反應機理模型圖：還有表示物質組成和性質的模型圖，如用氣體的布朗運動模型，金屬的延展性的微觀模型以及有機物的化學式和結構式(從模型定義來看，化學式和結構式也是模型)等等。善用模型圖來幫助學生理解化學是本書的一個重要特色。

1.2 教科書配圖的內容意涵

除了數據類配圖之外，筆者按教科書中配圖的內容，將其分成概念原理、探究實驗、科學史、科技應用、日常生活以及自然現象六大類。概念原理圖包括有關化學基本概念和原理的理解以及化學應用的原理圖；探究實驗配圖包括實驗現象、實驗步驟和實驗裝置圖以及有關物質性質圖片：科學史圖片除了歷史上化學家圖片之外，還包括現代與化學有關的工作者圖片；科技應用指的是最新化學科技應用圖片。這六類配圖的基本統計分布如下(見圖2)：概念原理330幅，占28.65％，探究實驗240幅，占20.83％，日常生活233幅，占20.23％，科技應用195幅，占16.93％，自然現象95幅，占8.25％，科學史59幅，占5.12％。

從不同內容的配圖數量以及所占比重來看，其背后蘊含著的教科書編排的基本思想有：

1.2.1 重視核心知識體系建構。

有關配圖的統計數據中，基本概念和原理類配圖所占比重最大，接近30％。這從一個側面反映出這本美國高中化學教科書是以學科知識為主導的科學課程。教科書十分重視化學基本概念和基本理論的理解，重視以核心知識為中心的化學知識體系的建構。如“氧化還原”反應是化學的核心知識，與之相關的氧化還原反應原理與電化學，前者是理解后者的前提，后者是前者的應用延伸。美國教科書在內容編排上充分考慮到這種知識間先后邏輯和相互依存關系。教科書先學習氧化還原反應知識。分析了氧化反應、還原反應，氧化劑和還原劑的等相關概念，在本章最后的“精彩預告”中，聯系到氧化還原反應中電子轉移的過程就自然過渡到了下一章電化學，為學習電化學打下伏筆。這種基于關系的知識編排，有利于啟發學生對知識間關系的思考和理解，從而建構以核心知識為中心的化學認知網絡。

1.2.2 強調現實意義的情境認知。

教科書的日常生活和科技應用圖共占配圖總量的37.16％，占1／3以上。由此可見，教科書在建構學科核心知識的同時，強調知識在日常生活和科技情境中的應用，知識的來龍去脈呈現清晰，開拓學生對知識現實意義的了解。如教科書“氧化還原反應”一章中的圖片，第一節的氧化還原原理的14幅配圖有日常生活5幅，概念原理2幅，科學史l幅，科技應用1幅，實驗探究5幅；第二節的氧化還原應用30幅配圖有自然現象6幅，科學史1幅，科技應用14幅，日常生活3幅，概念原理4幅，探究實驗2幅。從每節的配圖數量，我們可以看出教科書非常重視知識的實踐與應用。

1.2.3 突出科學過程技能的顯性表征

科學過程技能是科學家進行科學研究活動所必備的基本技能，它也是學生進行科學探究學習活動時所需要學習和掌握的基本技能。科學過程技能包括基本技能如觀察、分類、交流、測量、估計、預測和推理和綜合技能如明確問題、控制變量、給出操作定義、假設、實驗、圖形化、解釋、模型化。科學過程技能具有緘默知識的特點，只有在科學實踐中才能顯化和掌握，而實驗是科學實踐的一般形式。因此，實驗探究是學習科學過程技能的必然途徑。

美版教科書十分重視實驗，實驗探究配圖僅次于概念原理圖，占配圖總量的20.08％，從這個數據可以看出實驗活動的地位。教科書中共有112個實驗，分成4類：起步實驗、化學實驗、迷你實驗和家庭實驗。其中較為正式的是化學實驗，每章一個，每個實驗都遵循“問題一目標一準備一步驟一分析和結論一評價和應用”的模式設計，在實驗中培養學生的觀察、分類、測量、假設、分析、交流、評價和反思等科學過程技能，培養學生的科學探究思維和創新能力。

1.3 教科書配圖的功能取向

教科書配圖根據功能不同可分為四種：裝飾性配圖、表征性配圖、組織性配圖、解釋性配圖。裝飾性配圖指的是文本中沒有提及，與教學內容沒有直接關系，但可以吸引和維持學習者的注意的圖片：表征性配圖是表征教學內容所描述的事件、人物和概念等重要元素，與文字描述具關聯性或一致性，描述的是單一成分。組織性配圖是用來顯示物體或事件的時空關系，或用來說明某個過程中的各步驟、各成分關系等；理解性配圖是以類推、比喻的圖解方式來解說抽象難懂的內容，使學習者將抽象復雜的原理或概念表征為具體表象形式的知識。

統計不同功能的配圖數量，得出如下結論：表征性配圖數量最多，共有配圖575幅，占總數達的49.91％，其次是理解性配圖和組織性配圖，理解性配圖341幅，占總數的29.6％，組織性配圖185幅，占總數的16.06％，裝飾性配圖最少，只有52幅，占配圖總數的4.51％。由此可見，美國教科書的配圖的功能有以下取向：

1.3.1 弱化配圖的單純裝飾作用

教科書配圖并不是多多益善，無關信息的配圖只會增加對學生的信息干擾，寧可不用也不能濫用無關配圖。美國化學教科書注重實際，裝飾性配圖很少，本文統計的裝飾性配圖包括每章的開頭的背景配圖和每節開始的引入語的邊圖以及文中的極少的平衡畫面裝飾圖。但其實前兩者的圖片內容文中都有提到，不能算是純粹的裝飾性配圖，而正文中裝飾性配圖幾乎很少出現。

1.3.2 強化配圖的表征和理解功能。

不同的學習者，其知識表征方式有所差異，有些是偏于表象表征，有的是善于文字言語表征。實驗表明，采用文本加配圖的形式呈現信息，表象類型的學習者成績會提高一倍，而言語類型學習者則不受影響。這里的配圖主要指的是表征性和理解性配圖。美國化學教科書尊重學生的個體認知差異，照顧不同學習者的知識理解方式。善于采用配圖和文字結合的方式表征知識，幫助學生理解化學。例如在解釋“濃度對化學反應速率的影響”時，美國教科書選擇了一幅孩子們玩碰碰船的圖片，并用文字說明“增加碰碰船的數量會增加碰撞的機會，當更多的粒子參與到反應體系中時，粒子碰撞和反應的機會就增加了。”將碰碰船比作反應粒子，碰撞機會比作反應幾率，采用熟悉的生活經驗類比化學原理知識，不僅讓學習者能很快理解這些抽象的概念和原理，并且可以保持長久記憶。利用理解性配圖幫助學生理解化學概念和原理，是美國教科書的重要編排思路。

2 對我國化學教科書配圖編排的啟示

新課程標準的實施推動了我國教科書的改革，催生了多種版本教科書的誕生。與發達國家相比，進一步提高教科書的編制水平仍然是我國目前所面臨解決的重要問題。通過比較和借鑒，有助于提高我國化學教科書編制的水平。以下從美版教科書和我國的教科書配圖的比較中，提出我國教科書配圖研制之建議。

2.1 豐富配圖種類，平衡配圖比重

我國義務教育化學教科書12章內容有配圖348幅，每頁平均1.39幅；美國教科書21章有配圖1268幅。美國教科書配圖不僅數量豐富，而且形式多樣，從形式上分有照片、寫實圖、示意圖、表格、坐標圖、直方圖、餅圖等類型，而且配圖內容涉及概念原理、實驗探究、日常生活、化學應用、自然景觀以及化學史等多個方面。相比之下，我國教科書配圖的數量和形式都相對貧乏，內容也需要充實。

對比美國與我國教科書的形式、內容和功能三方面配圖數據，在每種分類中，形式差別最大的是照片比例(63.03％，38.42％)，內容上差別最大的是概念原理圖(28.65％，15.72％)，功能上差別最大的是裝飾性配圖(4.51％，9.25％)，其中照片比例的差別主要原因在于我國有三分之一配圖為繪制圖，有研究表明逼真的彩色照片比繪制配圖更能引起學習的興趣。因此，從兩國的教科書配圖倚重對比中，我們建議：增加照片，減少繪制圖，增加概念原理和理解性和表征性配圖，減少單純的裝飾性配圖。

2.2 優化配圖的物理特征

配圖的物理特征如大小、顏色搭配、畫面質量、構圖及其位置等諸多方面，也是影響配圖功效的因素之一。

從配圖的大小和位置來看，美國化學教科書配圖大而醒目，平均6×10cm大小，而且充分利用教科書的留白位置編排配圖。我國教科書配圖小而不清晰，平均為2×4cm，有些配圖很小，需要仔細分辨才能看清。配圖太大，占有過多的空間，配圖太小，其功效令人懷疑，因此，如何平衡配圖的大小也是教科書編排者需要考慮的問題。

從配圖邊緣和編排方式來看，美國教科書配圖有兩種，有背景和邊緣線配圖和沒有背景色和邊緣線配圖，圖片采用與文字緊密圍繞方式，圖片與文字相互交織，給人以渾然一體和錯落有致的美感。我國教科書配圖幾乎全是有背景色和邊緣線配圖，配圖和文字明顯分開，略顯呆板不夠生動。

從顏色的搭配來看，美國教科書配圖顏色鮮艷，形象逼真，在優質紙幅的襯托下，配圖顯得格外引人注目，相比之下，我們的教科書的配圖顏色欠飽和，紙幅質量較差：配圖的視覺效果也就打了折扣。

2.3 加強圖文的關聯度

美國教科書配圖不僅與正文文字相關，而且與配圖本身的標題和說明文字有關。配圖解釋正文內容，而配圖的文字又是對配圖的說明。相比之下，我國化學教科書的配圖一般只與正文文字關聯。大多數配圖只有標題沒有文字說明。例如“氯化鈉晶體溶解”內容，我國某化學教科書版本采用了一幅平面模型圖，標題為“氯化鈉在水分子作用下的電離”，下面沒有對模型圖的解釋文字。同樣內容，美國教科書配圖設計更為細致，采用立體的氯化鈉晶體溶解圖，標題為“氯化鈉溶解的模型”，并且附有說明文字如下：“加水后，極性的水分子就將鈉離子和氯離子包圍起來，離子化合物便發生電離。由于水分子是極性的，一端帶正電，另一端帶負電，因此既能吸引帶正電的鈉離子，也能吸引帶負電的氯離子。這樣，水分子通過異性電荷的相互吸引，把兩種離子團團圍住。”配圖的說明不是一種命題式文字，而是程序性表述，解釋了氯化鈉在水分子作用下電離的原因和過程，文字解釋配圖，配圖提供表象，圖文互相作用，不僅讓學生了解氯化鈉溶解的結果，而且理解了其結果的原因，有利于學生對知識的深刻理解。

2.4 重視概念的理解和應用

概念是學科知識的基石，沒有堅實的概念基礎，學科知識大廈無從建構；應用是學習的意義所在，沒有意義賦予的知識等于死知識。

我國化學教科書中有關概念原理配圖比例為15.72％，日常生活和科技應用的配圖18.75％；美版教科書的概念原理配圖占28.65％，日常生活和科技應用配圖占37.16％。配圖比例差異反映了教科書編制的理念差異，美國教科書更加注重基本概念和基本原理的理解，在呈現方式上注重知識的情境脈絡，有利于學生學科知識體系的建構和知識理解。我國教科書往往概念和原理闡述過于簡略，知識的情境設計明顯不足，學生無法理解知識的實踐意義，造成思維狹隘和理解的偏差。

2.5 滲透比較和模型化方法

科學比較和模型建構都是核心科學方法。有比較才有鑒別，有微觀鑒別才有知識的精致。美國化學教科書配圖中運用比較方法的例子俯首皆是，有歷史圖片和與現代圖片的對比，以體現化學學科的發展，如書中將十七世紀的鋼鐵熔爐圖和現代煉鋼爐圖的對比，展現現代化學工業的進展：有實驗現象的對比，區分物質性質的差異；還有宏觀與微觀類比，如用曲棍球的運動與和密閉容器中微觀粒子的運動相類比，幫助學生理解氣體微粒的運動軌跡。除此之外，還有同一物質的宏觀性質與微觀結構的組合對照，如在解釋水滴為什么呈球形時，書中采用太空艙中的水滴和水滴分子的受力分析組合圖，微觀分子的受力圖解釋了太空水滴的形狀的原因，這種性質和結構圖片組合編排方式，有效幫助學生建立化學的“性構相依”思想。

模型圖是模型思維的一種表現形式。在美國化學教科書中，模型圖在解釋化學基本概念和原理起著舉足輕重的作用。書中既有關于物質結構的模型圖，如解釋甲烷空間構型是氣球模型圖，也有關于物質間關系和變化過程的模型圖，如用胖瘦拔河卡通圖作為理解共價鍵的模型，用氨分子和氫離子結合生成銨根離子的反應模型來理解化學反應機理：既有關于物質性質的模型圖，如金屬的延展性模型，也有關于物質組成的模型圖，如大多數有機物的化學式和結構式。模型圖的應用，不僅幫助空間能力較差的學生建立物質結構和運動的正確空間表象，也為他們提供了理解化學概念和原理的有力支架。

3 結語

誠然，我國教科書配圖的編制與美國教科書配圖還存在一定差距，其中的原因很多，既囿于編制者自身的專業素養，也有經濟成本方面的考慮，還有現實資源的局限等。但無論如何，我們應著眼未來，將教科書配圖的深度研究作為一個突破口，以此提高我國化學教科書的編制水平。